Na tabela 5 são apresentados os valores de velocidades de arame (Va) que resultaram em correntes médias de soldagem (Im) de cerca de
180A para cada um dos ensaios realizados com os gases de proteção comerciais. Na mesma tabela também são apresentadas a velocidade de soldagem (Vs), a taxa de deposição (Td), a taxa de fusão (Tf) e o
rendimento de deposição (Ƞ), além da corrente eficaz (Ief)resultante para
Tabela 5 – Rendimento de deposição (g/cm) em função dos gases de proteção. E n sa io G á s d e p ro te çã o V a ( m /m in ) R eg u la d a Im ( A ) M ed id a V s (m /m in ) R eg u la d a Tf ( g /m in ) C al cu la d a Td ( g /m in ) M ed id a Ƞ ( % ) C al cu la d a Ief (A ) M ed id a 1 100%Ar 6,4 178 0,92 54,3 46,9 86,4 219,4 2 95%Ar+5%O2 5,6 179 0,82 47,5 45,3 95,3 191,8 3 92%Ar+ 8% CO 2 5,6 180 0,82 47,5 46,3 97,5 193,2 4 85%Ar+ 15%CO 2 5,6 183 0,82 47,5 45,5 95,7 199,3 5 20%CO75%Ar+ 2+5%O2 5,6 178 0,82 47,5 44,3 93,2 195,6 6 100%CO2 7,6 177 1,10 64,5 50,4 78,1 243,4 7 95%Ar+ 5%H 2 8,1 186 1,17 68,7 54,6 79,4 250,4 Fonte: O Autor (2015).
Conforme pode ser verificado, os valores de corrente média obtidos nos ensaios com os diferentes gases de proteção foi de cerca de 182 A. É possível se constatar que nos ensaios 6 e 7 foram obtidos níveis superiores de velocidade do arame, o que resulta, naturalmente, em uma maior taxa de fusão. Logo, como esperado, a taxa de deposição nestes ensaios também se apresentou superior. Este aumento da taxa de fusão observado para a mistura com a presença de H2 e com CO2 puro
poderia num primeiro momento ser atribuído exclusivamente à maior condutividade térmica destes gases, conforme Suban e Tusek (2000). No entanto, de acordo com Lesnewich (1958) existem duas parcelas que governam a taxa de fusão do arame. Uma parcela é caracterizada pelo calor gerado na conexão anódica, enquanto que a outra corresponde ao calor gerado por efeito Joule ao longo da extensão do arame sendo percorrida por corrente, sendo que esta última é proporcional ao quadrado da corrente eficaz. Neste contexto, ao se analisar a corrente eficaz de soldagem resultante dos ensaios, é possível perceber que os valores deste parâmetro foram superiores para os ensaios 6 e 7. Abaixo segue a figura 26 que apresenta o gráfico de Tf contra Ief, juntamente
com a curva ajustada pelo modelo de regressão que melhor representa os dados, neste caso o quadrático.
Figura 26 – Curva ajustada pelo modelo de regressão quadrático para a taxa de fusão em função da corrente eficaz.
Fonte: O Autor (2015).
Pode ser visualizado que o valor de R2 é muito próximo de 1, indicando que o modelo utilizado é adequado para explicação dos valores observados. Portanto com base neste resultado é possível afirmar que o aumento da taxa de fusão foi predominantemente devido ao aumento da corrente eficaz. Este resultado está de acordo com o previsto pela equação de Lesnewich (1958), visto que a segunda parcela da equação da taxa de fusão é proporcional ao quadrado da corrente eficaz. O aquecimento anódico é muito importante para fusão de arame e não pode ser ignorado. Paes et al (2015), por exemplo, verificaram que para a soldagem MIG/MAG com o arame-eletrodo AWS ER70S6 de 1,2 mm de diâmetro no modo de transferência por spray, a contribuição do aquecimento anódico para a fusão do arame chega a ser aproximadamente três vezes maior do que a contribuição do aquecimento por efeito Joule para uma extensão do eletrodo de 5 mm.
No entanto os resultados apresentados na tabela 5 indicam que a tensão anódica (primeira parcela da equação) foi menos influente no aumento da taxa de fusão. Isto pode ter ocorrido devido ao modo de transferência metálica praticado neste trabalho ter sido o curto-circuito, sendo que a contribuição da tensão anódica para a taxa de fusão só irá ocorrer no período de arco aberto. Pode ser, portanto que seja obtido um
resultado diferente, caso a condição do ensaio seja a transferência por spray, na qual o arco está constantemente aberto.
A figura 27 apresenta os oscilogramas resultantes dos testes 3, 6 e 7, com intuito de compreender as razões para uma diferença significativa nos valores resultantes de corrente eficaz de soldagem.
Figura 27 – Oscilogramas de corrente e tensão: a) Ensaio 3; b) Ensaio 6 e c) Ensaio 7.
Fonte: O Autor (2015).
Pode ser verificado através da análise dos oscilogramas apresentados que os ensaios 6 e 7, os quais utilizaram CO
Ar+5%H2 como gás de proteção respectivamente, resultaram em
maiores tempos de curto-circuito, ou seja em maiores tempos para destacamento da gota. Este aumento no tempo de destacamento da gota pode ser explicado pelo provável crescimento excessivo no tamanho da gota ocorrido nos testes 6 e 7. A tabela 6 apresenta
diâmetro médio de gota calculado automaticamente pelo SAP V4 com base no diâmetro e na velocidade do arame-eletrodo e também a frequência de transferência para cada um dos ensaios realizados nesta etapa.
caso a condição do ensaio seja a transferência por apresenta os oscilogramas resultantes dos testes 3, 6 e 7, com intuito de compreender as razões para uma diferença significativa nos valores resultantes de corrente eficaz de soldagem.
Oscilogramas de corrente e tensão: a) Ensaio 3; b) Ensaio 6 e c)
Pode ser verificado através da análise dos oscilogramas apresentados que os ensaios 6 e 7, os quais utilizaram CO2 puro e
spectivamente, resultaram em circuito, ou seja em maiores tempos para destacamento da gota. Este aumento no tempo de destacamento da gota pode ser explicado pelo provável crescimento excessivo no tamanho da os resultados de diâmetro médio de gota calculado automaticamente pelo SAP V4 com eletrodo e também a frequência de transferência para cada um dos ensaios realizados nesta
Tabela 6 - Valores de diâmetro médio de gota e frequência de transferência para os ensaios com gases comerciais.
Fonte: O Autor (2015).
De fato ao se analisar os resultados de diâmetro médio de gota para os testes 6 e 7 pode-se perceber que os valores obtidos são significativamente superiores aos demais ensaios. Isto pode ser explicado pelo aumento da altura do arco logo após o curto-circuito que pode ser verificado ao se analisar os oscilogramas de tensão obtidos nestes testes. Também percebe que a frequência de transferência foi significativamente inferior no caso destes ensaios (6 e 7) em relação aos demais.
O maior tempo de curto-circuito causado pelo provável maior diâmetro de gota para os testes 6 e 7 levou a maiores valores de pico de corrente de soldagem durante os curto-circuitos, que podem ser verificados através dos oscilogramas, resultando em maiores valores de corrente eficaz.
Com intuito de avaliar a estabilidade foram avaliados os valores médios de pico de corrente (Vmpc) resultantes de cada ensaio realizado,
bem como o desvio padrão e o coeficiente de variação destes valores. Os valores médios de pico de corrente, bem como o desvio padrão e coeficiente de variação foram calculados automaticamente pelo SAP V4 e são apresentados na tabela 7.
Ensaio Gás dg (mm) Fcc (Hz) 1 100%Ar 1,45 60,6 2 Ar+5%O2 1,42 59,8 3 Ar+8%CO2 1,24 75,6 4 Ar+15%CO2 1,24 74,3 5 Ar+25%CO2+5%O2 1,26 73,4 6 100%CO2 1,62 41,3 7 Ar+5%H2 1,57 47,5
Tabela 7 – Valores médios de pico de corrente e seus respectivos desvios padrão e coeficientes de variação obtidos para os ensaios com gases comerciais.
Fonte: O Autor (2015).
A análise dos dados, apresentados na tabela acima, permite perceber que os ensaios 1, 6 e 7 apresentarem os maiores valores de pico médio de corrente e também os maiores valores do desvio padrão e do coeficiente de variação deste parâmetro, sendo que estes dois últimos indicam uma menor estabilidade do processo conforme os critérios usados por Lucas (1987) e Baixo e Dutra (1990).
Pode-se perceber ainda que a adição de O2 e ou CO2 ao Ar
aumentou a estabilidade do processo, pois ocorreu uma redução nos coeficientes de variação dos valores médios de pico de corrente para os ensaios 2 e 3 em relação ao valor apresentado no ensaio 1. O aumento do teor de CO2 praticado do ensaio 2 ao ensaio 6 apresentou, para as
condições de teste aplicadas, uma leve tendência de reduzir a estabilidade. Este comportamento pode ter ocorrido devido ao fato de que com o aumento do teor de CO2 no gás de proteção há um aumento
na condutividade térmica. A perda de calor para o ambiente aumenta e acaba gerando a necessidade de uma maior tensão para manter o arco ionizado. Como os valores de tensão dos ensaios foram próximos entre si, a estabilidade possui a tendência de cair.
Abaixo é apresentada através da figura 28 a correlação entre o coeficiente do valor médio de pico de corrente e o rendimento de deposição.
Ensaio Gás Vmpc (A) σVmpc (A)
CV Vmpc (%) 1 100%Ar 388,9 73,5 18,9 2 Ar+5%O2 311,4 42,4 13,6 3 Ar+8%CO2 301,1 43,3 14,4 4 Ar+15%CO2 312,9 47,8 15,3 5 Ar+25%CO2+5%O2 319,0 46,4 14,5 6 100%CO2 469,9 90,1 19,2 7 Ar+5%H2 452,7 101,1 22,3
Figura 28 – Correlação entre valor médio de pico de corrente versus rendimento de deposição para os diferentes testes desta etapa.
Fonte: O Autor (2015)
Pode ser confirmado que existe uma correlação significativa entre o coeficiente de variação dos valores de pico de corrente e o rendimento de deposição, pois houve um ajuste adequado dos dados, sendo que neste caso o ajuste foi linear. Estes resultados mostram que a avaliação da estabilidade do processo de soldagem MIG/MAG no modo de transferência por curto circuito através do coeficiente de variação dos valores de pico de corrente é um método adequado.
Com o intuito de auxiliar no entendimento dos motivos de ter ocorrido uma menor estabilidade durante os testes 1, 6 e 7 são apresentados pela tabela 8 os resultados médios de potência no pico de corrente (PIp) e potência durante o período de arco aberto (PIar), gerados
automaticamente pelo SAP V4. A potência no pico de corrente foi calculada exatamente durante no momento em que a corrente atingia o pico máximo. A potência no arco foi calculada aproximadamente na metade do período em que o arco se mantinha aberto. Para ambos os parâmetros apresentados, as médias são resultantes de dez medições. Também na tabela 8 são apresentados os coeficientes de variação dos valores obtidos para estes parâmetros.
Tabela 8 – Valores de potência no pico de corrente (PIp), potência no arco aberto (PIar) e seus respectivos coeficientes de variação (CV PIp e CV PIar) obtidos para os ensaios 1 a 7.
Teste Gás Média PIp (W) CV PIp (%) Média PIar (W) CV PIar (%) 1 100%Ar 13045 24 6570 27 2 Ar+5%O2 8776 10 4206 31 3 Ar+8%CO2 7559 18 3547 27 4 Ar+15%CO2 8777 14 4609 24 5 Ar+25%CO2+5%O2 8316 19 4789 28 6 100%CO2 14617 19 7719 20 7 Ar+5%H2 14022 12 7098 20 Fonte: O Autor (2016)
Através da análise desta tabela pode-se perceber que tanto PIp
quanto PIar são em média maiores para o caso dos ensaios 1, 6 e 7 em
relação aos demais ensaios. Os maiores valores de PIar e de PIp
apresentados pelos ensaios 1, 6 e 7 podem ter ocasionado um aumento excessivo na temperatura da gota, que consequentemente pode ter causado uma maior quantidade de vaporização metálica, visto que este fenômeno é diretamente proporcional à temperatura da superfície. Esta maior perda de material pode justificar a menor eficiência de deposição verificada para os ensaios em questão.
Naturalmente os resultados de estabilidade obtidos para os diferentes gases podem ser melhorados mudando-se as condições dos ensaios. Dutra (2008) afirma que a taxa de decrescimento da corrente é fator determinante na estabilidade da soldagem MAG e deve ser regulada em função do gás. A tabela 9 apresenta os resultados médios das taxas de crescimento e decrescimento da corrente de soldagem (Tcc e
Tdc respectivamente) obtidos durante um período de análise de 8
segundos para todos os ensaios. Além disto, são apresentadas as proporções entre estas duas taxas Tcc/ Tdc.
Tabela 9 – Taxas de crescimento e decrescimento da corrente de soldagem. Ensaio Gás Tcc (A/ms) Tdc (A/ms) Tcc/ Tdc 1 100%Ar 60,6 59,4 1,0 2 Ar+5%O2 67,1 44,1 1,5 3 Ar+8%CO2 61,8 42,1 1,5 4 Ar+15%CO2 61,0 45,3 1,3 5 Ar+20%CO2+5%O2 63,2 44,4 1,4 6 100%CO2 53,9 73,0 0,7 7 Ar+5%H2 53,7 72,9 0,7 Fonte: O Autor (2015)
Pode-se perceber através da análise dos dados que, as taxas de decrescimento da corrente para os ensaios 6 e 7 são as mais elevadas em relação aos demais ensaios. No entanto, considerando que estes ensaios apresentaram também indicativos de maior instabilidade, segundo Dutra seria necessária a regulagem da taxa de decrescimento na fonte de soldagem para valores ainda maiores para obtenção de um aumento da estabilidade.
A figura 29 apresenta os valores de largura, penetração, reforço e relação reforço/largura (R/L) para os ensaios da tabela 5. Nesta, são apresentados os valores de três medidas realizadas, além do valor médio correspondente.
Figura 29 – Valores obtidos de (a) Largura, (b) Reforço, (c) Relação reforço/largura e (d) Penetração dos cordões de solda obtidos nos diferentes ensaios.
Percebe-se que os ensaios 2 a 5 resultaram em cordões de solda com os maiores valores de largura média e, ao mesmo tempo, valores médios de reforço similares aos demais ensaios para as condições aplicadas. Consequentemente, isto resultou em menores valores da relação R/L. A molhabilidade do cordão tem uma relação inversamente proporcional com a relação R/L, ou seja, quanto maior a relação R/L menor a molhabilidade do cordão. Neste caso, a molhabilidade foi maior para os testes 2 a 5, conforme pode ser visto na figura 29. Conforme discutido anteriormente, provavelmente para estes ensaios as gotas formadas sofreram um aquecimento menor (PIar e de PIp), indicando,
portanto, que a maior molhabilidade obtida para estes testes se deve, sobretudo, à redução da tensão superficial do metal líquido ocasionada pela presença de quantidades significativas de O2 no arco voltaico
(Jönsson; Murphy; Szekely, 1995). Analisando os resultados apresentados na figura 29 percebe-se uma leve tendência de redução da largura média e aumento do reforço médio com o aumento do teor de CO2 (ensaio 3 ao 5). Este resultado pode ser explicado pela constrição
do arco que ocorre devido ao aumento da condutividade térmica causada pelo aumento do teor de CO2.
Contudo, resultados contrários são apresentados por Liskèvych (2010). Acredita-se que esta divergência se deve ao fato da autora em seu trabalho ter variado não somente os gases de proteção, mas também a tensão de soldagem, adotando tensões maiores para as soldagens com gases mais ricos em CO2. Também é possível verificar a redução da
relação R/L do ensaio 7 em relação ao ensaio 1 (ou seja, ao adicionar H à mistura gasosa). Isto pode ser traduzido em uma redução da molhabilidade do cordão, devido ao fato do H2 ser um gás redutor e,
portanto, ao reagir com a poça de fusão atua, de forma bastante significativa, no sentido de reduzir a tensão superficial do metal liquido. O aumento na velocidade de soldagem, necessário para a manutenção do volume de material depositado por unidade de comprimento do cordão, é entendido como mais uma causa para que os ensaios 1, 6 e 7 apresentassem cordões com menores valores de largura. Pois, para estes casos a energia de soldagem resultante acabou sendo menor. No entanto, em ensaios adicionais realizados com estas mesmas composições de gases, porém, reduzindo-se a velocidade de soldagem foram obtidos resultados visualmente semelhantes aos discutidos anteriormente. Isto evidencia, portanto, não ser esta a causa principal da redução da molhabilidade do cordão.
Ao analisar os resultados apresentados na figura 29 referentes à relação R/L, também é possível verificar que os ensaios 6 e 7 foram os
que apresentaram os maiores índices de dispersão dessa relação. Este fato está relacionado com a maior instabilidade apresentada na soldagem com o Ar puro, CO2 puro e com a mistura de Ar+H2.
Quanto à penetração, é possível verificar que os ensaios 1, 6 e 7 foram os que apresentaram os menores valores para as condições estudadas. Contudo, de acordo com Murray e Scotti (1999), a profundidade de penetração da poça de fusão é fortemente influenciada pela transferência de calor do arco para a peça. Assim, é de se esperar que cordões de solda realizados com CO2 puro, ou misturas de argônio
contendo H2 apresentassem as maiores penetrações tendo em vista sua
maior condutividade térmica. Do mesmo modo, também é de se esperar uma redução da penetração com o aumento da velocidade de soldagem (menor energia de soldagem). Sendo assim, para as condições dos testes realizados e tendo em vista que a velocidade de soldagem precisou ser maior para os experimentos com estes gases, esta variável se mostrou mais influente. Ainda em se tratando da penetração, é possível observar que o aumento do teor de CO2, praticado do ensaio 3 ao ensaio 5
conduziu a uma alteração significativa na penetração, neste caso aumento do valor médio, apenas quando o teor de CO2 passou a ser de
20% (neste caso também foi introduzido 5%O2). Acredita-se que este
resultado está relacionado à maior capacidade de transferência de calor do arco para a peça de trabalho concordando, assim, com Murray e Scotti (1999).
A figura 30 apresenta as diversas macrografias da seção transversal dos cordões de solda gerados nos diferentes ensaios. É mostrada para cada ensaio uma das três macrografias realizadas, sendo esta a que melhor representa a geometria encontrada para cada ensaio.
Ensaio 1 100%Ar Ensaio 2 95%Ar+5%O2 Ensaio 3 92%Ar+8%CO2 Ensaio 4 85%Ar+15%CO2 Ensaio 5 Ar+20%CO2+5%O2 Ensaio 6 100%CO2 Ensaio 7 95%Ar +5%H2
Figura 30 – Formato do cordão de solda encontrado para diversos ensaios desta primeira etapa do trabalho.
Fonte: O Autor (2015)
Através da análise visual dos cordões de solda, constata-se uma mudança no perfil de penetração do cordão, que passa de formato em unha (finger shape), para o caso da soldagem com baixos teores de dióxido de carbono (ensaio 3) ou de oxigênio (ensaio 2), para um perfil de penetração mais suave com o aumento no teor de CO2. Também é
possível perceber visualmente nas macrografias a menor molhabilidade dos cordões de solda formados a partir dos testes 1, 6 e 7.